第3章GSM的无线信道.ppt

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1、第第3 3章章GSMGSM的无线信道的无线信道为了提高利用率，为了提高利用率，GSM在无线接口上在无线接口上综合了综合了FDMA和和TDMA两种接入技术，用两种接入技术，用来把通信媒介划分成多个相互独立的信道。来把通信媒介划分成多个相互独立的信道。本章主要介绍与本章主要介绍与GSM无线信道有关的无线信道有关的基本概念和工作原理，主要内容如下：基本概念和工作原理，主要内容如下：GSM系统的物理信道与逻辑信道；系统的物理信道与逻辑信道；逻辑信道到物理信道的映射；逻辑信道到物理信道的映射；各种突发脉冲的格式；各种突发脉冲的格式；帧偏离、定时提前量与半速率信帧偏离、定时提前量与半速率信道。道。频率资源

2、频率资源3.1物理信道与逻辑信道物理信道与逻辑信道3.2信道的组合方式信道的组合方式3.3突发脉冲序列与时隙格式突发脉冲序列与时隙格式3.4GSM信道编码与交织信道编码与交织3.5帧偏离、定时提前量与半速率信道帧偏离、定时提前量与半速率信道3.6图图3-1FDMA上行上行 图图3-2FDMA下行下行 图图3-3FDD图图3-4上行链路的信道划分上行链路的信道划分图图3-5频率规划方案频率规划方案图图3-6时隙与帧结构时隙与帧结构图图3-7GSM的上行和下行物理信道的上行和下行物理信道图图3-8一对双工载频时信令与业务的时隙分配方案一对双工载频时信令与业务的时隙分配方案图图3-9多对双工载频时信

3、令与业务的时隙分配方案多对双工载频时信令与业务的时隙分配方案1业务信道业务信道业务信道（业务信道（Traffic Channel，TCH）主要用于传送数字话音或者数据，其次还主要用于传送数字话音或者数据，其次还传送少量的随路控制信令。传送少量的随路控制信令。业务信道分为全速率业务信道业务信道分为全速率业务信道（TCH/F）和半速率业务信道（）和半速率业务信道（TCH/H）。）。半速率业务信道所用时隙长度是全速率业半速率业务信道所用时隙长度是全速率业务信道所用时隙长度的一半。务信道所用时隙长度的一半。（1）语音业务信道。）语音业务信道。TCH/F TCH/H（2）数据业务信道。）数据业务信道。T

4、CH/F9.6 TCH/F4.8 TCH/H4.8 TCH/F2.4 TCH/H2.4 2控制信道控制信道控制信道（控制信道（Control Channel，CCH）用于传送信令或同步数据，根据信道上所用于传送信令或同步数据，根据信道上所传信令的不同，又可将控制信道进行分为传信令的不同，又可将控制信道进行分为广播信道、公共控制信道及专用控制信道广播信道、公共控制信道及专用控制信道3类。类。（1）广播信道（）广播信道（Broadcast Channel，BCH）。）。频率校正信道（频率校正信道（Frequency Correction Channel，FCCH）同步信道（同步信道（Synchro

5、nization Channel，SCH）广播控制信道（广播控制信道（Broadcast Control Channel，BCCH）（2）公共控制信道（）公共控制信道（Common Control Channel，CCCH）。）。寻呼信道（寻呼信道（Paging Channel，PCH）随机接入信道（随机接入信道（Random Access Channel，RACH）准许接入信道（准许接入信道（Access Grant Channel，AGCH）（3）专用控制信道（）专用控制信道（Dedicated Control Channel，DCCH）。）。独立专用控制信道（独立专用控制信道（SDCCH

6、）慢速辅助控制信道（慢速辅助控制信道（Slow Associated Control Channel，SACCH）快速辅助控制信道（快速辅助控制信道（Fast Associated Control Channel，FACCH）图图3-10GSM的信道分类的信道分类3专用信道管理专用信道管理专用信道包括业务信道（专用信道包括业务信道（TCH）和专）和专用控制信道（用控制信道（DCCH）。专用控制信道是）。专用控制信道是一种一种“点对点点对点”的双向控制信道，其用途的双向控制信道，其用途是在呼叫接续阶段和通信进行期间在移动是在呼叫接续阶段和通信进行期间在移动台和基站之间传输必需的控制信息。台和基站

7、之间传输必需的控制信息。（1）专用信道正常释放。）专用信道正常释放。图图3-11专用信道的正常释放专用信道的正常释放（2）非正常释放。）非正常释放。（3）从信令信道到业务信道的转化。）从信令信道到业务信道的转化。图图3-12从从SDCCH到到TCH的转换的转换在在GSM系统中，每个小区最多有系统中，每个小区最多有2个个物理时隙来传输信令，而每个小区中有物理时隙来传输信令，而每个小区中有9种种控制信息需要传送，也就是控制信息需要传送，也就是2个物理时隙需个物理时隙需要传递要传递9种控制信息。种控制信息。其中，其中，SACCH（慢速辅助控制信道）（慢速辅助控制信道）既可以由传送业务信息的物理时隙传

8、递，既可以由传送业务信息的物理时隙传递，也可以由传送控制信息的物理时隙传递。也可以由传送控制信息的物理时隙传递。FACCH则必须由传送业务信息的物理时隙则必须由传送业务信息的物理时隙传递。传递。由于可用信道数量少，而需要传输的由于可用信道数量少，而需要传输的信息多，因此需要对信息与信道进行组合。信息多，因此需要对信息与信道进行组合。将逻辑信道映射到物理信道上的方式将逻辑信道映射到物理信道上的方式叫做信道的组合方式。逻辑信道的组合以叫做信道的组合方式。逻辑信道的组合以复帧为基础，逻辑信道的组合包括控制信复帧为基础，逻辑信道的组合包括控制信道的组合和业务信道的组合。道的组合和业务信道的组合。1GS

9、M系统的复帧系统的复帧图图3-13GSM系统各种帧的格式系统各种帧的格式2控制信道的组合方式控制信道的组合方式图图3-14BCH和和CCCH在在TS0上的复用上的复用图图3-15RACH在在TS0上的复用上的复用图图3-16SDCCH和和SACCH在在TS1上的复用上的复用3业务信道的组合方式业务信道的组合方式图图3-17业务信道的组合方式业务信道的组合方式GSM系统中，在每个时隙系统中，在每个时隙0.577ms的的时长内需要传输时长内需要传输156.25bit。我们将一个时。我们将一个时隙中的信息格式称为突发脉冲序列隙中的信息格式称为突发脉冲序列（Burst）。）。GSM中共有中共有5种突发

10、脉冲序列，它们种突发脉冲序列，它们分别是：常规突发脉冲序列、频率校正突分别是：常规突发脉冲序列、频率校正突发脉冲序列、同步突发脉冲序列、接入突发脉冲序列、同步突发脉冲序列、接入突发脉冲序列和空闲突发脉冲序列。发脉冲序列和空闲突发脉冲序列。1常规突发脉冲序列常规突发脉冲序列图图3-18常规突发脉冲序列常规突发脉冲序列2频率校正突发脉冲序列频率校正突发脉冲序列图图3-19频率校正突发序列频率校正突发序列3同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列图图3-20同步突发脉冲序列同步突发脉冲序列4接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列图图3-21接入突发脉冲序列接入突发脉冲序列5空闲突发脉冲序列空闲突发脉冲序列GSM系

11、统的数字信号在进行无线传输系统的数字信号在进行无线传输时要解决时要解决3个问题：个问题：（1）如何选择低速率的信源编码方）如何选择低速率的信源编码方式，以适应移动信道带宽有限的要求；式，以适应移动信道带宽有限的要求；（2）如何选择有效的信道编码方式，）如何选择有效的信道编码方式，以克服无线信道的快速变化；以克服无线信道的快速变化；（3）如何选择有效的调制方法，以）如何选择有效的调制方法，以减小杂波辐射，降低干扰。减小杂波辐射，降低干扰。1信道编码信道编码图图3-22GSM系统的编码模块系统的编码模块图图3-23GSM的信道编码的信道编码2交织交织图图3-24交织的原理交织的原理图图3-25GS

12、M系统的编码流程系统的编码流程图图3-26GSM的交织过程的交织过程3调制和解调调制和解调4无线链路管理无线链路管理（1）断续发射。）断续发射。（2）功率控制。）功率控制。1帧偏离帧偏离帧偏离是指下行信道的帧偏离是指下行信道的TDMA帧定时帧定时与上行信道的与上行信道的TDMA帧定时之间的固定偏帧定时之间的固定偏差。差。2定时提前量定时提前量在在GSM系统中，突发脉冲的发送与接系统中，突发脉冲的发送与接收必须严格地在相应的时隙中进行，所以收必须严格地在相应的时隙中进行，所以系统必须保证严格的同步。系统必须保证严格的同步。为了克服由突发脉冲的传输延时所带为了克服由突发脉冲的传输延时所带来的定时不

13、确定，基站要指示移动台以一来的定时不确定，基站要指示移动台以一定的提前量发送突发脉冲，以补偿所增加定的提前量发送突发脉冲，以补偿所增加的延时，这个提前量即为定时提前量的延时，这个提前量即为定时提前量（Timing Advance，TA）。）。3半速率信道半速率信道全速率是指全速率是指GSM系统中用于无线传输系统中用于无线传输的的13kbit/s的语音信号，即的语音信号，即GSM系统中的系统中的语音编码器将语音编码器将64kbit/s的语音信号变换成的语音信号变换成l3kbit/s的语音信号。的语音信号。小结小结 （1）GSM系统系统8个时隙组成一个帧，个时隙组成一个帧，26个业务帧组成一个业务

14、复帧，个业务帧组成一个业务复帧，51个控制个控制帧组成一个控制复帧。帧组成一个控制复帧。51个业务复帧或者个业务复帧或者26个控制复帧可以组成一个超帧。个控制复帧可以组成一个超帧。一个超帧包括一个超帧包括1 326个个TDMA帧，超帧帧，超帧长长51264.6l5ms6.12s。2 048个超帧个超帧组成一个超高帧，组成一个超高帧，GSM系统的帧号从系统的帧号从0到到2 715 647进行循环。进行循环。（2）GSM系统有系统有1248992个物理信个物理信道。这些物理信道从逻辑上划分为业务信道。这些物理信道从逻辑上划分为业务信道和控制信道两种。道和控制信道两种。（3）控制信道包括广播信道（）

15、控制信道包括广播信道（BCH）、）、公共控制信道（公共控制信道（CCCH）和专用控制信道）和专用控制信道（DCCH）。）。（4）将逻辑信道装载到物理信道上的）将逻辑信道装载到物理信道上的方式叫做信道的组合方式。逻辑信道的组方式叫做信道的组合方式。逻辑信道的组合是以复帧为基础的。合是以复帧为基础的。（5）当）当GSM系统中的载频数量大于系统中的载频数量大于1个个时，广播信道（时，广播信道（BCH）和公共控制信道）和公共控制信道（CCCH）在）在TS0上时分复用。专用控制上时分复用。专用控制信道（信道（DCCH）包括）包括SDCCH（独立专用控（独立专用控制信道）和制信道）和SACCH（慢速辅助控

16、制信道），（慢速辅助控制信道），在在TS1上时分复用。上时分复用。（6）GSM系统编码后的控制或业务信系统编码后的控制或业务信息需要按一定的格式进行传送，这个格式息需要按一定的格式进行传送，这个格式即为长度为即为长度为156.25bit的突发脉冲。的突发脉冲。在在GSM系统中，总共有系统中，总共有5种不同的突种不同的突发脉冲格式，分别为常规突发脉冲序列发脉冲格式，分别为常规突发脉冲序列（NB）、频率校正突发脉冲序列（）、频率校正突发脉冲序列（FB）、）、同步突发脉冲序列（同步突发脉冲序列（SB）、接入突发脉冲）、接入突发脉冲序列（序列（AB）和空闲突发脉冲序列（）和空闲突发脉冲序列（DB）。）。（7）GSM系统将信源编码后的信道经系统将信源编码后的信道经过信道编码、交织之后放到无线信道上进过信道编码、交织之后放到无线信道上进行传输，信道编码主要用来纠错或检错以行传输，信道编码主要用来纠错或检错以抗噪声和干扰，而交织主要用来抵抗快衰抗噪声和干扰，而交织主要用来抵抗快衰落。落。（8）GSM系统采用断续发射（系统采用断续发射（DTX）/接收（接收（DRX）和功率控制方式来降低空中）和功率控制